天文小科普:光年——天文學的距離測量單位

2020-12-14 天文在線

在天文學中，天體（如恆星和星系）之間的距離非常大。舉個例子，地球和它最近的衛星，月亮之間的距離約有385 000公裡。而太陽距離我們1.5億公裡，我們和最近的恆星比鄰星距離大約40萬億公裡。

圖解：比鄰星，又稱毗鄰星，Proxima Centauri 半人馬座α三合星的第三顆星

為了避免用太長的數字，科學家們必須使用一種可以和浩瀚的宇宙相符的距離單位來研究天文學。天文學中常用的距離單位是光年。光年是光在一年內所行走過的距離，即9，460，730，472，581公裡，約10萬億公裡。

這個距離單位不是一夜之間產生的。首先要測量出光的速度，才能確定它在一年所傳播的距離。

在1676年之前，大多數科學家認為光會瞬間從一個點移動到另一個點。1676年，丹麥物理學家奧勒·羅默第一個證明，事實並非如此，光的速度是有限的。

圖解：奧勒·羅默，Ole Christensen Rmer，丹麥天文學家，1644-1710

奧勒從1671年開始觀測木星的衛星，並測量他們（特別是木衛一）消失在巨大行星後面並重新出現在另一側之間的時間。通過年復一年地積累數據，他發現，當地球靠近木星時，測量出的時間較短，而當地球遠離木星時，時間較長。1675年，法國天文學家讓·多米尼克·卡西尼（Jean-Dominique Cassini）提出，這種差異是由於光從木星到達地球需要一定時間造成的。然而，他很快改變了主意，放棄了這個假設。而奧勒從這個假設下手，並估計出光需要22分鐘來走過地心軌道的直徑（我們現在知道，準確的值是約16分40秒）。如果根據他自己的數據計算光速，他當時會獲得光速為135 000公裡／秒。不過那個時代測得的地心軌道直徑並不準確：如果用今天的準確數據測量，奧勒應該會得到214 000公裡／秒的結果，而如今的公認光速為299 792公裡／秒，已經很接近準確數字了。

圖解：讓-多米尼克·卡西尼，Jean-Dominique Cassini，奧勒曾任其助手

直到1729年，天文學界才承認光的速度是有限的。英國天文學家詹姆斯·布拉德利隨後發表了一項研究，顯示恆星位置的年變化與光速有關。他估算出光以每秒301 000公裡的速度傳播，非常接近目前的公認值。

1838年，德國天文學家弗裡德裡希·威廉·貝塞爾（而不是蘇格蘭天文學家託馬斯·亨德森）首次將光年作為天文學的測量單位。他測量了地球和天鵝座61雙星系統之間的距離，約為10.3光年。

圖解：歐洲南方天文臺觀測到的天鵝座61

圖解：貝塞爾（Bessel，Friedrich Wilhelm，1784～1846）德國天文學家，數學家，天體測量學的奠基人之一

光年作為測量單位的優點不僅在於它量化了距離，而且光年也側面體現了光到達我們所花的時間。我們可以說天鵝座61距離地球10.3光年（97，445，523，867，584公裡），也可以說，它發出的光花了10.3年才到達地球。因此，我們看到的是過去的星星。正因為光可以讓我們回到過去，望遠鏡在某種程度上才被稱為"時間機器"。

直至今日，距離我們100億到120億光年，非常遙遠的星系同樣適用於這個原理：在我們看來，它們的狀態還停留在100億到120億年前，宇宙大爆炸剛結束的時候。

光年小遊戲：這些行星、星雲或星系距離地球大概多少光年？

A.31-50 光年

B.4-20 光年

C.4100 光年

D.5-11 光年

E.6 光年

F.68-84光年

G.2-14光年

H.6300萬光年

相關知識

光年（英語：light-year）是長度單位之一，指光在真空中一年時間內傳播的距離，大約為9.46兆公裡（9.46×10^12公裡或5.88×10^12英裡）。

光年一般用於天文學中，是用來量長度很長的距離，如太陽系跟另一恆星的距離。天文學中另三個常用的單位是秒差距、天文單位與光秒，一秒差距等於3.26光年，一天文單位為149,597,870,700米(149,597,870.7公裡，約149.598京米)，一光秒是光一秒所走的距離為299,792,458米(299,792.458公裡)。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. astro-canada.ca- sphaigne

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